VXI总线与虚拟仪器技术

器就是把计算机做成VXIbus模块，直接安装到VXI主机箱中，并通常占据0槽位置。大多数嵌入式控制器都基于PC体系，也有部分是基于HP-UX和其它如Lynx-OS实时系统的。采用嵌入式控制器的VXI系统具有最小可能的体积。

嵌入式控制器能够直接访问VXIbus背板信号，并直接读写VXIbus器件的寄存器，而不会像外接控制器那样进行总线转换而引入软件开销，因此具有最高的数据传输性能。

3.2 外接式控制器

VXI总线外接式控制方式是一种灵活而且性能价格比很高的控制方案，得到了十分广泛的应用。根据所采用的外部总线，外接式控制器又有直接扩展和转换扩展两种方式。

直接扩展就是将部分VXI总线信号线直接扩展机箱外作为外总线，连接计算机和VXI机箱控制器，例如MXI/MXI-2总线控制方案。图2给出了一个典型MXI/MXI-2系统配置，MXI/MXI-2总线直接将PC扩展总线和VXI总线耦合起来，通过硬件数据传输周期转换，在PC扩展总线和VXI总线之间并行地进行数据传输，具有很高的随机读写和字串行性能。MXI/MXI-2总线还扩展了VXI总线的状态、中断、时钟和触发等总线，是一种高性能外接控制方案。

转换扩展就是用一些跟VXI总线无直接联系的通用总线(如GP-IB、1394、MXI-3、光纤通路等)，来连接计算机和VXI总线控制器，从而构成GPIB-VXI、VXI-1394、MXI-3、FOXI等控制方案。图3给出了一个典型的VXI-1394系统。由于这些外总线通常都是串行的或者位数很少的并行总线，数据传输过程中需要作大量的总线转换工作，首字节延迟较长，随机读写和字串行性能较低。并且采用这些控制方式的计算机不能直接访问VXI总线的状态、中断、时钟和触发等信号线，系统的实时性和同步性能要受到影响。但是这些系统的组建成本通常都相对较低，GPIB-VXI系统可利用已有的GPIB仪器，VXI-1394和MXI-3系统的块数据传输性能高，MXI-3和FOXI总线的工作距离远，因此它们适合在一些性能要求不是很高、经费不很充裕或者有特殊要求的场合中应用。

4 虚拟仪器技术的新进展

近年来，虚拟仪器因其强大的性能价格比优势得到了广泛的应用。随着一些新的PC技术和数据采集技术逐渐应用到VI中，VI技术也有了一些新的进展。

4.1基于Web的虚拟仪器[5]

Web技术在Internet的广泛应用，导致了Browser/Web(B/W)这一新的软件模型的流行。Web与VI技术相结合，便产生了基于Web的VI，其模型如图4所示。

VI服务器实际上就是一台运行了Web服务器和VI应用的计算机，客户机通过浏览器请求运行服务器上的VI。服务器接收到请求后，运行相应的VI，并将结果返回到客户机。基于Web的VI系统可以建立在通用的WWW软件和客户/服务端开发技术基础上，例如使用IIS、Apache等作服务器，使用脚本语言、CGI、XML、JAVA等开发客户端和服务器应用，也可以采用VI厂商的提供的专门软件环境，例如NI公司的DataSocket和G Web Server等。

4.2 虚拟硬件(VH)

虚拟硬件(Virtual Hardware,VH)[6]的思想源于可编程器件。用户可以通过编程方便地改变硬件的功能和性能参数，从而依靠硬件设备的柔性(Flexibility)来增强其适应性和灵活性。

NI公司的NI5911/5912就是一种典型的采用了柔性精度技术的数字化仪。它由一个专门的数字滤波器、高速ADC、DAC和用于抽取与线性化的DSP组成。对于4~100MHz带宽的信号，系统工作在传统模式下，采样精度为8-bit。当输入信号带宽在4MHz以下时，系统将进入柔性精度状态，采用信号中的宽带量化噪音，对噪音进行电路滤除，然后数据被送到DSP进行线性化处理，并由DSP中的抗混叠滤波器进一步滤除高频噪音，最后用抽取技术按较低速率重构波形，使有效垂直精度达到8~21bit。

4.3 可互换虚拟仪器(IVI)

IVI技术试图提供一个仪器驱动程序标准，为可互换的仪器提供了一个健壮的框架，并着力解决困扰测试系统开发者的仪器性能问题。IVI规范把仪器分成一系列的子类，例如DMM、示波器、开关等，并按照某一子类仪器最通用的特征和功能来为该子类仪器制定规范。IVI建立在VISA I/O层以上，把传统的仪器驱动程序分成子类驱动程序和仪器专有驱动程序两个子层。专有驱动程序执行传统的仪器驱动程序功能，但是具有性能优化的低层结构和仪器仿真功能。子类驱动程序包含该类仪器的通用功能函数，这些函数直接调用相应的专有仪器驱动程序函数。图5给出了一个采用IVI技术的虚拟示波器体系结构。

"软件就是仪器"是虚拟仪器带给仪器工业的一次革命。虚拟仪器的硬、软件的开放性、模块化、可重复使用的特点，同时借助于VXI总线的系统结构这一构筑虚拟仪器的理想的平台，虚拟仪器系统必然会给现代控制测试领